Come funziona un microfono, tipi di microfoni

Speciali dispositivi elettroacustici chiamati microfoni vengono utilizzati per convertire le vibrazioni sonore in corrente elettrica. Il nome di questo dispositivo è legato a una combinazione di due parole greche, che sono tradotte come "piccolo" e "voce".

Un microfono è un convertitore di vibrazioni acustiche nell'aria in vibrazioni elettriche.

Il principio di funzionamento del microfono è che le vibrazioni sonore (in realtà fluttuazioni della pressione dell'aria) influenzano la membrana sensibile del dispositivo, e già le vibrazioni della membrana provocano la generazione di vibrazioni elettriche, poiché è la membrana che è collegata alla parte del dispositivo che genera corrente elettrica, il cui dispositivo dipende dal tipo di microfono specifico.

In un modo o nell'altro, oggi i microfoni sono ampiamente utilizzati in vari campi della scienza, della tecnologia, dell'arte, ecc. Sono utilizzati nelle apparecchiature audio, nei gadget mobili, utilizzati nella comunicazione vocale, nella registrazione vocale, nella diagnosi medica e nella ricerca sugli ultrasuoni.fungono da sensori e in molte, molte altre aree dell'attività umana, semplicemente non si può fare a meno di un microfono in una forma o nell'altra.

I microfoni hanno design diversi, perché in diversi tipi di microfoni diversi fenomeni fisici sono responsabili della generazione di oscillazioni elettriche, i principali sono: resistenza elettrica, induzione elettromagnetica, cambio di capacità E effetto piezoelettrico... Oggi, secondo il principio del dispositivo, si possono distinguere tre tipi principali di microfoni: dinamico, a condensatore e piezoelettrico. Tuttavia, finora sono disponibili anche microfoni a carbone in alcuni luoghi e inizieremo la nostra recensione con loro.

Microfono in carbonio

Nel 1856, uno scienziato francese Du Monsel ha pubblicato la sua ricerca, che ha dimostrato che anche con un piccolo cambiamento nell'area di contatto degli elettrodi di grafite, la loro resistenza al flusso di corrente elettrica cambia in modo abbastanza significativo.

Vent'anni dopo, un inventore americano Emil Berliner ha creato il primo microfono al carbonio al mondo basato su questo effetto. Questo è successo il 4 marzo 1877.

Il funzionamento del microfono Berliner si basava proprio sulla proprietà di contattare delle aste di carbonio per modificare la resistenza del circuito a causa di un cambiamento nell'area di contatto conduttiva.

Già nel maggio 1878 fu dato lo sviluppo dell'invenzione David Hughes, che ha installato un'asta di grafite con estremità appuntite e una membrana fissata ad essa tra una coppia di coppe di carbonio.

Quando la membrana vibra per l'azione del suono su di essa, cambia anche l'area di contatto dell'asta con le coppe, così come la resistenza del circuito elettrico a cui l'asta è collegata. Di conseguenza, la corrente nel circuito è cambiata dopo le vibrazioni del suono.

Thomas Alva Edison andò anche oltre: sostituì la bacchetta con polvere di carbone. L'autore del design più famoso del microfono in carbonio è Antonio Bianco (1890). Sono questi microfoni che si possono ancora trovare nelle cuffie dei vecchi telefoni analogici.

Il microfono a carbone è progettato e funziona come segue. Tra le due lastre di metallo si trova la polvere di carbone (granuli) racchiusa in una capsula sigillata. Una delle piastre su un lato della capsula è collegata alla membrana.

Quando il suono agisce sulla membrana, questa vibra, trasmettendo le vibrazioni alla polvere di carbonio. Le particelle di polvere vibrano, cambiando di volta in volta l'area di contatto tra loro. Pertanto, anche la resistenza elettrica del microfono fluttua, modificando la corrente nel circuito in cui è collegato.

I primi microfoni sono stati collegati in serie con una batteria galvanica come sorgente di tensione.

Quando un tale microfono è collegato all'avvolgimento primario del trasformatore, è possibile eliminare il suono che fluttua nel tempo con il suono che agisce sulla membrana dal suo avvolgimento secondario voltaggio… Il microfono a carbone ha un'elevata sensibilità, che ne consente in alcuni casi l'utilizzo anche senza amplificatore. Sebbene il microfono a carbone abbia uno svantaggio significativo: presenza di significative distorsioni non lineari e rumore.

Microfono a condensatore

Il microfono a condensatore (che si basa sul principio di cambiare la capacità elettrica sotto l'influenza del suono) è stato inventato da un ingegnere americano Edoardo Wente nel 1916La capacità del condensatore di cambiare capacità a seconda della variazione della distanza tra le sue armature era già ben nota e studiata a quel tempo.

Quindi, una delle piastre del condensatore agisce qui come una sottile membrana mobile sensibile al suono. La membrana risulta essere leggera e sensibile per la sua sottigliezza, poiché per la sua produzione viene tradizionalmente utilizzata plastica sottile con lo strato più sottile di oro o nichel. Di conseguenza, la seconda piastra del condensatore deve essere fissa.

Quando la pressione sonora alternata agisce su una piastra sottile, la fa vibrare o si sposta verso, quindi in allontanamento, dalla seconda piastra del condensatore. In questo caso, la capacità elettrica di un tale tipo di condensatore variabile varia e cambia. Di conseguenza, nel circuito elettrico in cui è incluso questo condensatore, elettricità oscillazione che ripete la forma dell'onda sonora che cade sulla membrana.

Il campo elettrico operativo tra le piastre viene creato da una sorgente di tensione esterna (ad esempio una batteria) o applicando inizialmente un materiale polarizzato come rivestimento per una delle piastre (un microfono a elettrete è un tipo di microfono a condensatore).

Qui è necessario utilizzare un preamplificatore, poiché il segnale è molto debole, poiché la variazione di capacità dal suono risulta essere estremamente ridotta, la membrana vibra in modo appena percettibile. Quando il circuito del preamplificatore aumenta l'ampiezza del segnale audio, il segnale già amplificato viene quindi instradato all'amplificatore… Da qui il primo vantaggio dei microfoni a condensatore — sono super sensibili anche a frequenze molto alte.

Microfono dinamico

La nascita di un microfono dinamico è merito degli scienziati tedeschi Gervin Erlach E Walter Schottky… Nel 1924 introdussero un nuovo tipo di microfono, il microfono dinamico, che superava di gran lunga il suo predecessore in carbonio in termini di linearità e risposta in frequenza, e superava la sua controparte a condensatore nei suoi parametri elettrici originali. Hanno posto un nastro ondulato di foglio di alluminio molto sottile (circa 2 micron di spessore) in un campo magnetico.

Nel 1931, il modello fu migliorato dagli inventori americani. Tores E Vente… Hanno offerto un microfono dinamico con un induttore… Questa soluzione è ancora considerata la migliore per gli studi di registrazione.

Il microfono dinamico è basato su fenomeno di induzione elettromagnetica… La membrana è attaccata a un sottile filo di rame avvolto attorno a un tubo di plastica leggero in un campo magnetico permanente.

Le vibrazioni sonore agiscono sulla membrana, la membrana vibra ripetendo la forma dell'onda sonora, mentre trasmette i suoi movimenti al filo, il filo si muove in un campo magnetico e (secondo la legge dell'induzione elettromagnetica) viene indotta una corrente elettrica nel filo, ripetendo la forma del suono, cadendo sulla membrana.

Poiché un filo con supporto in plastica è una costruzione abbastanza leggera, risulta essere molto mobile e molto sensibile e la tensione alternata indotta dall'induzione elettromagnetica è significativa.

I microfoni elettrodinamici sono suddivisi in microfoni a bobina (dotati di un diaframma nello spazio anulare del magnete), microfoni a nastro (in cui un foglio di alluminio ondulato funge da materiale della bobina), isodinamici, ecc.

Il classico microfono dinamico è affidabile, ha un'ampia gamma di sensibilità di ampiezza nella gamma di frequenze audio ed è poco costoso da produrre. Tuttavia, non è abbastanza sensibile alle alte frequenze e reagisce male ai cambiamenti improvvisi della pressione sonora: questi sono due dei suoi principali svantaggi.

Un microfono a nastro dinamico differisce in quanto il campo magnetico è creato da un magnete permanente con espansioni polari, tra le quali è presente una sottile striscia di alluminio, che sostituisce il filo di rame.

Il nastro ha un'elevata conduttività elettrica, ma la tensione indotta è piccola, quindi deve essere aggiunta al circuito intensificare il trasformatore… Un segnale acustico utile viene rimosso in un tale circuito dall'avvolgimento secondario del trasformatore.

Un microfono dinamico a nastro mostra una gamma di frequenze molto uniforme a differenza di un microfono dinamico convenzionale.

Come materiale magnetico permanente, i microfoni utilizzano leghe magnetiche dure con un'elevata induzione residua (ad es. NdFeB). Il corpo e l'anello sono realizzati in leghe magnetiche morbide (ad es. acciaio elettrico o permaloid).

Microfono piezoelettrico

Una nuova parola nella tecnologia audio fu pronunciata dagli scienziati russi Rzhevkin e Yakovlev nel 1925. Proposero un approccio fondamentalmente nuovo per convertire il suono in oscillazioni correnti: un microfono piezoelettrico. L'azione della pressione sonora è esposta a cristallo piezoelettrico.

Il suono agisce su una membrana collegata ad un'asta, che a sua volta è attaccata ad un piezoelettrico. Il cristallo piezoelettrico si deforma sotto l'azione delle vibrazioni dell'asta e ai suoi terminali appare una tensione che ripete la forma del suono incidente. Questa tensione viene utilizzata come segnale utile.